基于MCU芯片的智能血壓計(jì)設(shè)計(jì)方案

了解身體狀況，及早進(jìn)行防治與治療，從而有效地預(yù)防和治療高血壓。

測(cè)量原理

電子血壓計(jì)大多采用示波法，在測(cè)量過(guò)程中采用充氣袖套，以阻斷上臂動(dòng)脈血流。由于心搏的血液動(dòng)力學(xué)作用，在充氣袖套壓力上會(huì)重疊與心搏同步的壓力波動(dòng)，即脈搏波。

當(dāng)袖套壓力遠(yuǎn)高于收縮壓時(shí)，脈搏波消失。隨著袖套壓力下降，脈搏波開(kāi)始出現(xiàn)。當(dāng)袖套壓力從高于收縮壓到收縮壓以下時(shí)，脈搏波會(huì)突然增大。當(dāng)壓力下降到平均壓時(shí)脈搏波達(dá)到最大值。然后又隨著袖套壓力下降而衰減。

圖1. 血壓測(cè)量原理圖

示波法血壓測(cè)量就是根據(jù)脈搏波振幅與袖套壓力之間的關(guān)系來(lái)估算血壓的。與脈搏波振幅最大值對(duì)應(yīng)的是平均壓，收縮壓和舒張壓分別由脈搏波最大振幅的比例來(lái)確定。在圖1中，Pm為平均壓，Ps為收縮壓，Pd為舒張壓，Um為脈搏波最大幅值，Ks和Kd為收縮壓和舒張壓對(duì)應(yīng)的脈搏波幅值與平均壓對(duì)應(yīng)的脈搏波幅值的比值系數(shù)，Ks和Kd由血壓計(jì)生產(chǎn)廠家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值選取。

方案特點(diǎn)

本方案在普通電子血壓計(jì)上集成了藍(lán)牙模塊，利用藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸功能。為了實(shí)現(xiàn)本次應(yīng)用，需分別燒寫(xiě)B(tài)LE程序及應(yīng)用程序到RL78/G1D模塊和RL78/L1A，并安裝相應(yīng)APP到Android智能手機(jī)，通過(guò)BLE功能實(shí)現(xiàn)手機(jī)和智能血壓計(jì)的通信。智能手機(jī)接收來(lái)自血壓計(jì)的收縮壓、擴(kuò)張壓及脈搏數(shù)據(jù)，顯示并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

方案主控MCU芯片RL78/L1A具有96KB　ROM和5.5KB　RAM，同時(shí)還包括了RL78/G1DB LE MCU模塊，以及LCD顯示、血壓測(cè)量電路、氣壓控制電路等外圍電路。

圖2. 智能血壓計(jì)硬件結(jié)構(gòu)框圖

電源部分采用4節(jié)AAA干電池供電和DC 6V電源輸入供電2種方式。撥動(dòng)開(kāi)關(guān)SW2接通后，智能血壓計(jì)上電，+6V電壓經(jīng)穩(wěn)壓芯片XC6206-3.3V得到穩(wěn)定3.3V供給MCU和其他外圍設(shè)備，同時(shí)電池電壓通過(guò)A/D端口完成采樣。

圖3. 智能血壓計(jì)電路圖

+6V電壓直接給充氣泵和電磁閥供電。氣泵和電磁閥控制電路由NPN型三極管DTC114和P溝道 MOSFET(IRLML6402)構(gòu)成，DTC114和IRLML6402具有1MHz以上的開(kāi)關(guān)速度，適用于高速PWM控制。

顯示部分由4位8段LCD完成。RL78/L1A單片機(jī)裝載有4~8個(gè)COM引腳，28~32個(gè)SEG引腳，可以獨(dú)立完成LCD的驅(qū)動(dòng)控制。

LED控制電路由NPN型三極管及限流電阻構(gòu)成，用來(lái)指示當(dāng)前LCD顯示何種參數(shù)。LED0(紅色)指示收縮壓，LED1(黃色)指示舒張壓，LED2(藍(lán)色)指示脈搏。

芯齊齊BOM分析

芯齊齊BOM分析工具顯示，本方案元器件總數(shù)為60個(gè)。電路標(biāo)號(hào)U1為來(lái)自瑞薩的RL78/L1A主控芯片，可在2.0V電壓下運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)低功耗的血壓計(jì)方案。

圖4. 智能血壓計(jì)原始BOM表

U4為來(lái)自Honeywell公司的ABPDANN005PG2A3壓力傳感器，壓力測(cè)量范圍為0~5psi，對(duì)應(yīng)的血壓值約為0~258mmHg，和血壓計(jì)的設(shè)計(jì)要求匹配。該器件采用12-bit的I2C數(shù)字輸出，具有高精度和良好的線性度。

氣泵使用MITSUMI公司的MAP-AM-265，額定電壓為6V，最高壓力能達(dá)到400mmHg。

電磁閥選用Yujin Electronic公司的KSV05B，6V供電，壓力從300mmHg降低到15mmHg僅需要3秒。

圖5. RL78/L1A智能血壓計(jì)樣板

晶振X1為KHz基頻產(chǎn)品，尺寸3.2x1.5mm的SMD封裝。其匹配電容C9、C10要采用C0G介質(zhì)、容差在+-5%以內(nèi)的高穩(wěn)定22pF MLCC元件，尺寸為0805。PCB布線時(shí)，這兩個(gè)電容器一樣盡可能靠近MCU。

審核編輯：湯梓紅